Преобразователь с 12 на 220 автомобильный ремонт. Как выбирать автомобильный преобразователь напряжения

Инверторы с 220 на 12 вольт производятся разной формы и размеров. По своему типу бывают трансформаторные и импульсные. Трансформаторный преобразователь 220 на 12 вольт В основе конструкции, как следует из названия, лежит понижающий трансформатор .

Виды преобразователей и их устройство

Трансформатор представляет собой изделие, состоящее из двух основных частей:

• сердечника, собранного из электротехнической стали;
• обмоток, выполненных в виде витков из проводникового материала.

Его работа основана на появлении электродвижущей силы в замкнутом проводящем контуре. При протекании по первичной обмотке переменного тока образовываются переменные линии магнитного потока. Эти линии пронизывают сердечник и все обмотки, на которых появляется электродвижущая сила. Когда вторичная обмотка находится под нагрузкой, то под действием этой силы начинает протекать ток.

Значение разности потенциалов будет определяться отношением количества витков первичной обмотки и вторичной. Таким образом, изменяя это соотношение, можно получить любое значение.

Для снижения значения напряжения количество витков во вторичной обмотке делается меньше. Стоит отметить, что описанное выше работает только при подаче на первичную обмотку переменного тока. При использовании постоянного тока создаётся постоянный магнитный поток, который не наводит ЭДС и энергия передаваться не будет.

Бестрансформаторный преобразователь с 220 на 12 вольт

Такие устройства питания называют импульсными. Главной частью такого устройства обычно является специализированная микросхема (широтно-импульсный модулятор).

Инвертирование 220 в 12 вольт происходит следующим образом. Сетевое напряжение поступает на выпрямительную цепь, а далее сглаживается ёмкостью номиналом 300 400 вольт. Затем выпрямленный сигнал с помощью транзисторов преобразуется в высокочастотные прямоугольные импульсы с требуемой скважностью. Преобразователь импульсного типа за счёт применения инвертирующей схемы, выдаёт на выходе стабильное напряжение. При этом преобразование происходит как с гальванической развязкой от выходных цепей, так и без неё.

В первом случае используется импульсный трансформатор, на который поступает высокочастотный сигнал до 110 кГц.

При изготовлении сердечника используют ферромагнетики, что ведёт к снижению веса и размеров. Во втором вместо трансформатора используется фильтр нижних частот.

Преимущества импульсных источников заключаются в следующем:

1. малый вес;
2. улучшенный КПД;
3. дешевизна;
4. наличие встроенной защиты.

К недостаткам относят то, что используя в работе высокочастотные импульсы , устройство само создаёт помехи. Это требует устранения и приносит усложнения электрических схем.

Как из 220 вольт сделать 12 вольт самостоятельно

Проще всего сделать аналоговое устройство на базе трансформатора вида тор. Такое устройство несложно выполнить самостоятельно. Для этого понадобится любой трансформатор с первичной обмоткой, рассчитанной на 220 вольт. Вторичная обмотка рассчитывается согласно несложным формулам или подбирается практическим путём.

Для подбора может понадобиться:

• прибор для измерения напряжения;
• изолирующая лента;
• киперная лента;
• медная проволока;
• паяльник;
• инструмент для разборки (кусачки, отвёртки, плоскогубцы, нож и т. п.).

В первую очередь необходимо определить, с какой стороны переделываемого трансформатора расположена вторичная обмотка. Аккуратно снять защитный слой для получения к ней доступа. Используя тестер, измерить напряжение на выводах.

В случае меньшего напряжения к любому из концов обмотки допаять проволоку, тщательно заизолировав место соединения. Используя эту проволоку сделать десять витков и опять измерить напряжение. В зависимости от того насколько увеличилось напряжение и рассчитать дополнительное количество витков.

В случае если напряжение превышает требуемое, делаются обратные действия. Отматываются десять витков, измеряется напряжение и рассчитывается, сколько их необходимо их убрать. После этого лишний провод обрезается и запаивается на клемму.

Следует отметить, что при использовании диодного моста выходная разность потенциалов поднимется на величину, равную произведению переменного напряжения и величины 1.41.

Главным преимущество трансформаторного преобразования является простота и высокая надёжность. А недостатком - габариты и вес.

Самостоятельная сборка импульсных инверторов возможна только при хорошем уровне подготовке и знаний электроники. Хотя можно купить готовые наборы КИТ. Такой набор содержит печатную плату и электронные компоненты. В набор также входит электрическая схема и чертёж с подробным расположением элементов. Останется только всё аккуратно распаять.

Используя импульсную технологию, можно сделать и преобразователь с 12 на 220 вольт. Что очень полезно при использовании в автомобилях. Ярким примером может служить источник бесперебойного питания, сделанный из стационарного оборудования.

Инверторы 12-220 Вольт необходимы для питания техники, если нет возможности произвести подвод бытовой сети. Особенность устройства заключается в том, что с его помощью можно преобразовать постоянное напряжение 12 В в переменное 220 В. Буквально несколько десятилетий назад такое казалось практически немыслимым, но сегодня, когда существует огромная элементная база, не составит труда сделать такой преобразователь.

Мощность инвертора

Использовать автомобильный инвертор 12-220 можно во время путешествий. Любая бытовая техника сможет работать даже в полевых условиях. Вот только максимально допустимая нагрузка небольшая - несколько сотен Ватт. Самые мощные приборы позволяют производить подключение нагрузки мощностью 2-3 кВт, но аккумуляторная батарея быстро сядет. Типы нагрузок по потреблению тока:

1. Реактивная - частично потребляется энергия, получаемая от источника питания.
2. Активная - энергия потребляется по максимуму.

Если вы точно знаете, какую нагрузку будете подключать к инвертору то произвести расчет максимальной мощности не составит большого труда. Допустим, вы планируете подключать к прибору нагрузку с максимальной мощностью 300 Ватт. Мощность самого инвертора должна быть примерно на 25% больше - такого запаса вполне достаточно. Поэтому для полного удовлетворения потребностей нужен инвертор с мощностью 375 Вт. Но такой вы не найдете в продаже. Поэтому нужно выбрать устройство мощностью 400 Вт - самое близкое по значению.

Где можно использовать эти устройства?

Самый простой тип инвертора напряжения 12-220 Вольт - это источники бесперебойного питания, используемые в компьютерной технике. Но у них есть один большой недостаток - малая мощность, аккумулятора хватает ненадолго. А если в быту используется устройство в паре с мини-электростанцией (даже ветряного типа), то стабильное питание обеспечено. Обычно инверторы можно встретить в таких конструкциях:

1. Охранных сигнализациях.
2. Котлах отопления.
3. Насосных станциях.
4. Компьютерных серверах и прочих системах.

Другими словами, они применяются там, где необходимо постоянно наличие питающей сети 220 Вольт. Бытовые стабилизаторы напряжения - это не что иное, как инверторы. Только в них преобразуется переменное напряжение в постоянное, стабилизируется, после чего опять повышается до 220 Вольт. Причем с помощью электрических полупроводниковых ключей и ШИМ-модулятора получается добиться практически идеальной синусоиды.

Особенности работы конструкции

Инверторы 12-220 Вольт применяются довольно широко. Рядовые автомобилисты используют их в качестве источника питания при дальних поездках. Элементарно можно включить электрическую бритву, фен, телевизор, даже чайник вскипятить. Правда, быстро посадят аккумулятор. Поэтому лучше использовать устройства для питания приборов первой необходимости и освещения.

Самые простые самодельные инверторы 12-220 В можно изготовить из нескольких силовых транзисторов и мультивибратора. Эксплуатация прибора может происходить даже при сильном морозе. А вот для жары необходимо предусмотреть дополнительное охлаждение, иначе транзисторы выйдут из строя. Простой кулер от персонального компьютера достаточно установить на радиатор охлаждения полупроводниковых силовых транзисторов.

Простейший самодельный инвертор

Практически все инверторы, которые имеются в продаже, работают при помощи использования тока высокой частоты. Классические схемы, которые изготавливались на основе трансформаторов, полностью забыты, их заменили импульсные конструкции.

На основе одной микросхемы К561ТМ2, состоящей из двух D-триггеров, можно изготовить простейший задающий тракт для инвертора. Схема состоит из задающего генератора, роль которого выполняет DD1, а также делителя частоты, изготовленного на триггере DD1.2.

Силовые транзисторы типа КТ827 или КТ819 используются для преобразования напряжения. Очень хорошие результаты показывают полевые транзисторы типа IRFZ44. С помощью задающего генератора вырабатывается синусоида, которая необходима для нормальной работы конструкции.

Особенности работы инвертора

Чтобы получить контур в 50 Гц, необходимо использовать вторичную обмотку и параллельно соединённые с ней электролитические конденсаторы и элемент нагрузки. Когда на выход не подключена нагрузка, схема не работает. Как только вы подключите какой-нибудь потребитель, инвертор начнет преобразовывать напряжение 12 в 220 Вольт.

Синусоида на выходе далеко до идеала. Это огромный недостаток подобной схемы. Чтобы произвести увеличение мощности, необходимо применять более дорогие и эффективные типы транзисторов. Обратите внимание на электролитический конденсатор, который подключен к выходу. Он должен быть рассчитан на минимальное напряжение 250 В. Будет лучше, если это значение будет выше 300 В.

Устройства на современной элементной базе

Такие схемы можно использовать для питания бытовых приборов, ламп дневного света, и т. д. В конструкции силовые транзисторы типа КТ819ГМ монтируются на радиаторе с большой площадью, чтобы улучшить охлаждение. Схема содержит задающий генератор на логическом элементе КР121ЕУ1, по аналогии, как и в рассмотренном выше случае, а также Неплохо работают полевые транзисторы IRL2505.

Выбор на микросхему КР12116У1 пал не случайно - в ней имеется двухканальная регулировка силовых ключей. Поэтому для простых конструкций она подходит идеально. От используемых в цепи пассивных элементов зависит частота, которую будет вырабатывать задающий генератор. С помощью сигнала от генератора производится открывание и запирание полупроводников.

Когда каналы в транзисторах открыты, то в нем сопротивление всего 0,008 Ом - это очень мало. Следовательно, можно применять транзисторы с небольшой мощностью. Например, если на выходе установлен трансформатор, у которого мощность 100 Вт, по транзисторам в нормальном режиме будет протекать ток около 104 А. В импульсном режиме пиковое значение может составить 350-360 Ампер.

Готовые платы для сборки инверторов

В продаже можно встретить готовые модули. Они представляют собой платы, на которых установлены:

1. Трансформатор.
2. Полупроводниковые силовые ключи.
3. Радиатор.
4. Пассивные элементы.
5. Устройства защитного отключения, предохранители.

Такой инвертор 12 в 220 чистый синус на выходе выдаст, так как он изготавливается на современной Стоимость готовых блоков немаленькая. Самый маломощный обойдется не меньше чем в 300-350 рублей, и то это оптовая цена. Чем выше мощность прибора, тем больше его стоимость.

Но прежде чем использовать такие устройства, необходимо найти подходящий корпус. Монтаж платы нужно производить таким образом, чтобы внутреннее пространство хорошо охлаждалось. Желательно сделать дополнительное принудительное охлаждение с помощью кулера от персонального компьютера. Инвертор 12-220, схема которого приведена выше, тоже должен быть смонтирован в надежном корпусе. Главное, чтобы случайно не дотронулись до высоковольтных выводов.

Бесперебойнику вторую жизнь!

Если у вас есть «лишний» бесперебойник, у которого полностью села батарея, его можно еще оживить. Для этого потребуется сделать небольшие изменения:

1. Убрать старый аккумулятор.
2. Припаять новые провода для подключения к аккумулятору 12 Вольт.
3. На краях проводов установить клеммы для соединения с автомобильным АКБ. Если будет использоваться устройство в машине, можно сделать питание от прикуривателя. Но нежелательно так поступать - большая мощность устройства вызывает чрезмерный нагрев проводов.

Чтобы подключать к источнику бесперебойного питания бытовую технику, нужно сделать розетки. Проще всего из старого сетевого фильтра и отрезка провода со штекером сделать переноску, в которую и будет включаться вся техника.

Особенности конструкции на основе бесперебойника

С хорошим аккумулятором емкостью 55 А/ч подобная конструкция может до суток поддерживать нормальную температуру в инкубаторе на 100 яиц, например. Любой фермер знает, насколько страшно переохлаждение для инкубаторов. Правда, мощность у такого прибора небольшая, кондиционер или холодильник не смогут нормально работать.

Один недостаток у подобной конструкции - стандартная схема не сможет полностью зарядить автомобильный аккумулятор. Поэтому, когда батарея полностью сядет, необходимо ставить ее на зарядку от нормального устройства, выдающего ток свыше 5-6 Ампер.

Самодельный мощный инвертор

Чтобы изготовить инвертор 12 в 220 3000Вт своими руками, вам потребуется знание основ электротехники, навыки в монтаже. Придется изготовить несколько специфических элементов. Один из них - это импульсный трансформатор. С его помощью производится повышение напряжения с 12 до 220 Вольт. Также нужно обзавестись несколькими дорогостоящими элементами. Они перечислены ниже:

1. ШИМ-модулятор. Необходим для работы полупроводниковых ключей. С его помощью задается частота работы всей схемы. Нужно отметить, что частота переключений силовых ключей - несколько десятков тысяч раз в секунду.
2. Полупроводниковые транзисторы, работающие в качестве силовых ключей, позволяют не только усилить сигнал, но и произвести коммутацию. Они открываются и закрываются, а в паре с ШИМ-модулятором создают практически чистую синусоиду.
3. Алюминиевые радиаторы с большой площадью поверхности. Чем выше мощность устройства, тем большая площадь радиатора необходима.
4. Фольгированный материал, на котором производится монтаж всех элементов. При желании, конечно, можно выполнить навесной монтаж, но он займет слишком много места. Такой самодельный инвертор 12-220 своими руками можно сделать за несколько минут, но пользоваться им будет небезопасно, если не принять меры.
5. Пассивные элементы - резисторы, конденсаторы.
6. Соединительные провода.

При изготовлении устройства также может потребоваться несколько электромагнитных реле для проведения коммутации. Между прочим, можно решить, что вместо силовых ключей допустимо использование простых электромагнитных реле. Есть только одно но - скорость коммутации очень высокая (40-60 тыс. срабатываний в секунду). Поэтому электромеханические устройства не справляются с такой задачей.

Готовые инверторы

Если не желаете делать инвертор 12 в 220 3000Вт своими руками, можно приобрести готовое изделие в красивом корпусе, с массой разъемов для подключения приборов. Но цена уж больно кусается. Самый дешевый, мощность которого едва достигает 50 Вт, вы сможете купить за 800-1000 рублей. И хватит его максимум для зарядки аккумулятора ноутбука или питания нескольких светодиодных ламп освещения. Электрический фен или плойку уже не подключить к такому устройству.

Более мощные устройства (свыше 2000 Вт) имеют и цену соответствующую. Самый дешевый инвертор 12-220 В обойдется в 3000-5000 рублей. Но все зависит от производителя. Качественные, многофункциональные приборы производства известных фирм, могут иметь стоимость свыше 20000 рублей. Именно поэтому люди, более-менее разбирающиеся в электротехнике, предпочитают делать инвертор 12-220 своими руками. Благо элементы для изготовления можно найти в самом простом блоке питания персонального компьютера.

Существует несколько причин, по которым у хозяина появляется необходимость в создании нового преобразователя напряжения. Основное его назначение — обеспечить величину сетевого напряжения размером в 220В от исходного значения в 12 Вт.

Инверторы 12 220 В своими руками изготавливают многие любители, т.к. качественные преобразователя недешевы. Прежде чем собрать устройство, необходимо изучить материалы, объясняющие механизм его использования.

Сфера применения преобразователей 12 220 В

В процессе работы батареи аккумулятора уменьшается уровень ее заряда. Преобразователь стабилизирует напряжение во время путешествия, при отсутствии электричества.

Инвертор 12 220 В позволит хозяину усовершенствовать инженерные сооружения в доме. Мощность устройства для преобразования тока выбирается в зависимости от общей величины эксплуатируемой нагрузки. Учитывается процесс ее потребления: реактивный и активный. Реактивная нагрузка потребляет не всю полученную энергию, поэтому полная мощность превышает ее активное значение.

Инвертор с чистой синусоидой используется для подключения инструментов с общей мощностью 3 кВт. Значительную экономию топлива обеспечивает использование преобразователя напряжения и мини-электростанции.

К инвертору присоединяют таких потребителей, как:

• системы сигнализации;
• отопительные котлы;
• насосные аппараты;
• компьютерные системы.

Вернуться к оглавлению

Преимущества работы устройства для преобразования напряжения

Инверторы завоевали уважительное отношение к своей работе, т. к. обладают целым рядом несомненных достоинств. Устройство работает бесшумно, не засоряет окружающее пространство выхлопными газами. Обслуживание прибора минимально: нет необходимости проверять давление в двигателе. Инвертор обладает незначительным механическим износом, позволяет подключать любых потребителей. Инвертор 12 220 В работает на повышенной мощности на КР121 ЕУ, обладает высоким коэффициентом полезного действия.

При сборке инвертора с задающим устройством в качестве мультивибратора, достоинства преобразователя выражены в доступности, простоте прибора. Размеры изделия компактны, ремонт не представляет большого труда, а эксплуатация возможна при низких температурах.

Вернуться к оглавлению

Самодельный преобразователь 12 220 В и общий принцип его создания

На рынке радиодеталей большая часть инверторов функционирует с использованием высоких частот. Импульсные инверторы полностью заменили классические схемы с применением трансформаторов. Микросхема К561ТМ2 состоит из двух D-триггеров, которые содержат два входа R и S. Она создана с применением КМОП-технологии, заключена в корпус из пластика.

Задающий генератор инвертора монтируется на основе К561ТМ2, используя для работы устройство DD1. Для делителя частоты монтируется триггер DD1.2. Усилительный каскад принимает сигналы с микросхемы.

Для работы подбирают транзисторы КТ827. При их отсутствии используют транзисторы КТ819 ГМ или полевые полупроводники — IRFZ44.

Генератор синусоиды для инвертора 12 220 В работает с высокой частотой. Для образования контура с размерами 50 Гц используется вторичная обмотка и параллельное подсоединение конденсатора и нагрузки. При подключении любого устройства, инвертор создает преобразование напряжения в 220 В.

Схема имеет один существенный недостаток — несовершенную форму параметров на выходе.

Микросхема К561ТМ2 дублируется К564ТМ2. Увеличение мощности преобразователя достигается подбором более интенсивных транзисторов. Следует обратить внимание на конденсатор, установленный на выходе. Он имеет напряжение 250 В.

Вернуться к оглавлению

Создание преобразователя с использованием новейших деталей

Самодельные инверторы функционируют стабильно, на выходе транзисторы работают от усиленного основного генератора. Используют элементы серии КТ819ГМ, установленные на радиаторе больших размеров.

Для создания преобразователя применяют упрощенную схему. В процессе работы приобретают необходимые материалы:

• микросхему КР121ЕУ1;
• транзисторы IRL2505;
• паяльник;
• олово.

Микросхема КР12116У1 обладает особенностью: она содержит два канала регулировки ключей и легко справляется с построением несложных преобразователей напряжения. Микросхема при температуре +25 °С выдает предельные величины напряжения 3 и 9 В.

Частота задающего генератора определяется параметрами элементов в цепи. Транзисторы IRL2505 устанавливают для использования на выходе. На него поступает сигнал, уровень которого позволяет регулировать выходные транзисторы.

Сформировавшийся низкий уровень не позволяет транзисторам перейти из закрытого вида в иное состояние. В результате полностью исключается возникновение мгновенного прохождения тока после одновременного открытия ключей. При попадании высокого уровня на вывод 1 происходит отключение импульсной генерации. На схеме вывод 1 присоединяется к общему проводу.

Для монтажа двухтактного каскада применяют трансформатор Т1 и два транзистора: VT1 и VT2. В открытом канале наблюдается сопротивление 0,008 Ом. Оно незначительно, поэтому мощность транзисторов мала, даже при прохождении большого тока. Выходной трансформатор, имеющий мощность 100 Вт, позволяет использовать ток IRL2505 до 104 А, а импульсный составляет 360 А.

Основная особенность инвертора состоит в том, что можно использовать любой трансформатор, имеющий на выходе 2 обмотки на 12 В.

При выходной мощности до 200 Вт отказываются от установки транзисторов на радиаторы.

Следует учесть, что электроток при мощности в 400 Вт может достигать 40 А.

Инвертор 12V/220V вещь на хозяйстве нужная. Иногда просто необходимая: сеть, допустим, пропала, а телефон разряжен и в холодильнике мясо. Спрос определяет предложение: за готовые модели на 1кВт и более, от которых можно запитывать любые электроприборы, придется выложить где-то от $150. Возможно, более $300. Однако сделать преобразователь напряжения своими руками в наше время дело доступное каждому, кто умеет паять: собрать его из готового набора компонент обойдется втрое-вчетверо дешевле + немного работы и металла из подручного хлама. Если есть для автомобильных аккумуляторных батарей (АКБ), можно уложиться вообще в 300-500 руб. А если имеются еще и начальные радиолюбительские навыки, то, порывшись в загашниках, вполне возможно сделать инвертор 12V DC/220V AC 50Hz на 500-1200 Вт вовсе даром. Рассмотрим возможные варианты.

Варианты: глобально

Преобразователь напряжения 12-220 В для питания нагрузки до 1000 Вт и более в целом можно сделать самостоятельно такими способами (в порядке повышения затрат):

1. Оформить в корпус с теплоотводом готовый блок с Avito, Ebay или AliExpress. Ищется по запросу «inverter 220» или «inverter 12/220»; можно сразу добавить требуемую мощность. Обойдется прим. вдвое дешевле такого же заводского. Электротехнических навыков не нужно, но – см. ниже;
2. Собрать такой же из набора: печатная плата + «россыпь» компонент. Приобретается там же, но к запросу добавляется diy, что значит под самосборку. Цена еще прим. в 1,5 раза ниже. Нужны начальные навыки в радиоэлектронике: пользоваться мультиметром, знание разводок (распиновок) выводов активных элементов или умение их искать, правил включения в схему полярных компонент (диодов, электролитических конденсаторов) и умение определять, на какой ток какого сечения нужны провода;
3. Приспособить под инвертор компьютерный источник бесперебойного питания (ИБП, UPS). Исправный ИБП б/у без штатной АКБ можно найти за 300-500 руб. Навыков не нужно никаких – к ИБП просто подключается авто АКБ. Но заряжать ее придется отдельно, также см. ниже;
4. Выбрать способ преобразования, схему (см. далее) сообразно своим потребностям и наличию деталей, рассчитать и собрать полностью самостоятельно. Возможно совсем даром, но кроме начальных электронных навыков понадобится умение пользоваться некоторыми специальными измерительными приборами (тоже см. далее) и производить простейшие инженерные расчеты.

Из готового модуля

Способы сборки по пп. 1 и 2 на самом деле не такие уж простые. Корпуса готовых заводских инверторов служат одновременно и теплоотводами для мощных транзисторных ключей внутри. Если брать «полуфабрикат» или «россыпь», то корпуса к ним не будет: при теперешней себестоимости электроники, ручного труда и цветных металлов разница в ценах объясняется как раз отсутствием второго и, возможно, третьего. Т.е., радиатор для мощных ключей придется делать самому или искать готовый алюминиевый. Его толщина в месте установки ключей должна быть от 4 мм, а площади на каждый ключ должно приходиться от 50 кв. см. на каждый кВт отдаваемой мощности; с обдувом от компьютерного вентилятора-кулера на 12 В 110-130 мА – от 30 кв. см*кВт*ключ.

Напр., в наборе (модуле) 2 ключа (их видно, они торчат из платы, см. слева на рис.); модули с ключами на радиаторе (справа на рис.) стоят дороже и рассчитаны на определенную, как правило, не очень большую мощность. Кулера нет, мощность нужна 1,5 кВт. Значит, нужен радиатор от 150 кв. см. Кроме него еще установочные комплекты для ключей: изолирующие теплопроводящие прокладки и фурнитура под крепежные винты – изолирующие чашечки и шайбы. Если модуль с теплозащитой (между ключами будет торчать еще какая-то фитюлька – термодатчик), то немного термопасты для приклеивания его к радиатору. Провода – само собой, см. далее.

Из ИБП (UPS)

Инвертор 12В DC/220 В AC 50 Гц, к которому можно подключать любые приборы в пределах допустимой мощности, делается из компьютерного ИБП совсем просто: штатные провода к «своей» АКБ заменяются длинными с зажимами под клеммы авто АКБ. Сечение проводов рассчитывается исходя из допустимой плотности тока 20-25 А/кв. мм, см. также далее. Но вот из-за нештатной батареи могут возникнуть проблемы – с нею же, а она дороже и нужнее преобразователя.

В ИБП применяются тоже свинцово-кислотные АКБ. Это на сегодня единственно широко доступный вторичный химический источник электропитания, способный регулярно отдавать большие токи (экстратоки), не «убиваясь» полностью за 10-15 циклов заряд-разряд. В авиации используются серебряно-цинковые АКБ, которые еще мощнее, но они чудовищно дороги, в широкий оборот не выпускаются, а их ресурс по бытовым меркам ничтожен – ок. 150 циклов.

Разряд кислотных АКБ четко отслеживается по напряжению на банку, и контроллер ИБП не даст «чужой» батарее разрядиться сверх меры. Но в штатных АКБ ИБП электролит гелевый, а в автоаккумуляторах жидкий. Режимы заряда в том и другом случае существенно отличаются: сквозь гель нельзя пропускать такие токи, как сквозь жидкость, а в жидком электролите при слишком малом токе заряда подвижность ионов будем мала и они не все вернутся на свои места в электродах. В результате ИБП будет хронически недозаряжать авто АКБ, она скоро засульфатируется и придет в полную негодность. Поэтому в комплект к инвертору на ИБП нужно зарядное устройство для аккумуляторов. Сделать его своими руками можно, но это уже другая тема.

Батарея и мощность

От АКБ зависит и пригодность преобразователя для той или иной цели. Повышающий инвертор напряжения не берет энергию для потребителей из «темной материи» Вселенной, черных дыр, духа святого или откуда-то еще просто так. Только – из АКБ. А от нее он возьмет мощность, отдаваемую потребителям, деленную на КПД самого преобразователя.

Если вы увидите на корпусе фирменного инвертора «6800W» или более – верьте глазам своим. Современная электроника позволяет поместить в объеме сигаретной пачки устройства и помощнее. Но, допустим, нам нужна мощность в нагрузке 1000 Вт, а в распоряжении есть обычный автоаккумулятор на 12 В 60 А/ч. Типовое значение КПД инвертора – 0,8. Значит, от батареи он возьмет ок. 100 А. На такой ток нужны и провода сечением от 5 кв. мм (см. выше), но не это тут главное.

Автолюбители знают: гонял стартер 20 мин – покупай новый аккумулятор. Правда, в новых машинах есть ограничители времени его работы, так что, возможно, и не знают. И точно не все знают, что стартер легковушки, раскрутившись, берет ток ок. 75 А (в течение 0,1-0,2 с при запуске – до 600 А). Простейший расчет – и выходит, что, если в инверторе нет автоматики, ограничивающей разряд батареи, то наша за 15 мин сядет полностью. Так что выбирайте или конструируйте свой преобразователь с учетом возможностей наличной АКБ.

Примечание: из этого следует огромное преимущество преобразователей 12/220 в на основе компьютерных ИБП – их контроллер не даст полностью посадить батарею.

Ресурс кислотных АКБ заметно не уменьшается, если они разряжаются 2-х часовым током (12 А для 60 А/ч, 24 А для 120 А/ч и 42 А для 210 А/ч). С учетом КПД преобразования это дает допустимую долговременную мощность нагрузки в прим. 120 Вт, 230 Вт и 400 Вт соотв. Для 10 мин. нагрузки (напр., для запитки электроинструмента) она может быть увеличена в 2,5 раза, но после этого АБК должна отдохнуть не менее 20 мин.

В целом итог получается не совсем уж плохой. Из обычного бытового электроинструмента только болгарка может брать 1000-1300 Вт. Остальные, как правило, обходятся мощностью до 400 Вт, а шуруповерты до 250 Вт. Холодильник от АКБ 12 В 60 А/ч через инвертор проработает 1,5-5 час; вполне достаточно, чтобы принять необходимые меры. Поэтому делать преобразователь на 1кВт для батареи 60 А/ч смысл имеет.

Что будет на выходе?

Преобразователи напряжения ради уменьшения массогабаритов устройства за редкими исключениями (см. далее) работают на повышенных частотах от сотен Гц до единиц и десятков кГц. Ток такой частоты не примет никакой потребитель, а потери его энергии в обычной проводке будут огромны. Поэтому инверторы 12-200 строятся под выходное напряжение след. видов:

• Постоянное выпрямленное 220 В (220V AC). Пригодны для питания телефонных зарядок, большинства источников питания (ИП) планшетов, ламп накаливания, люминесцентных экономок и светодиодных. На мощность от 150-250 Вт отлично подойдут для ручного электроинструмента: потребляемая им мощность на постоянном токе немного снижается, а крутящий момент возрастает. Непригодны для импульсных блоков питания (ИБП) телевизоров, компьютеров, ноутбуков, микроволновок и т.п. мощностью более 40-50 Вт: в таких обязательно есть т. наз. пусковой узел, для нормальной работы которого сетевое напряжение должно периодически проходить через ноль. Непригодны и опасны для приборов с силовыми трансформаторами на железе и электромоторами переменного тока: стационарного электроинструмента, холодильников, кондиционеров, большей части Hi-Fi аудио, кухонных комбайнов, некоторых пылесосов, кофеварок, кофемолок и микроволновок (для последних – из-за наличия мотора вращения стола).
• Модифицированное синусоидальное (см. далее) – пригодны для любых потребителей, кроме Hi-Fi аудио с ИБП, прочих устройств с ИБП от 40-50 Вт (см. выше) и, часто локальных охранных систем, домашних метеостанций и т.п. с чувствительными аналоговыми датчиками.
• Чистое синусоидальное – пригодны без ограничений, кроме как по мощности, для любых потребителей электроэнергии.

Синус или псевдосинус?

С целью повышения экономичности преобразование напряжения осуществляется не только на повышенных частотах, но и разнополярными импульсами. Однако запитывать очень многие приборы-потребители последовательностью разнополярных прямоугольных импульсов (т. наз. меандром) нельзя: большие выбросы на фронтах меандра при хоть чуть-чуть реактивной нагрузке приведут к большим потерям энергии и могут вызвать неисправность потребителя. Однако проектировать преобразователь на синусодальный ток тоже нельзя – КПД не превысит прим. 0,6.

Тихая, но существенная в данной отрасли революция произошла, когда специально для инверторов напряжения были разработаны микросхемы, формирующие т. наз. модифицированную синусоиду (слева на рис.), хотя правильнее было бы назвать ее псевдо-, мета-, квази- и т.п. синусоидой. Форма тока модифицированной синусоиды ступенчатая, а фронты импульсов затянуты (фронтов меандра на экране электронно-лучевого осциллографа часто вообще не видно). Благодаря этому потребители с трансформаторами на железе или заметной реактивностью (асинхронными электромоторами) «понимают» псевдосинусоиду «как настоящую» и работают как ни в чем не бывало; Hi-Fi аудио с сетевым трансформатором на железе запитывать модифицированной синусоидой можно. Кроме того, модифицированную синусоиду возможно достаточно простыми способами сгладить до «почти настоящей», отличия которой от чистой на осциллографе на глаз еле заметны; преобразователи типа «Чистый синус» стоят ненамного дороже обычных, справа на рис.

Однако приборы с капризными аналоговыми узлами и ИБП запускать от модифицированной синусоиды нежелательно. Последние – крайне нежелательно. Дело в том, что средняя площадка модифицированной синусоиды не чистый ноль напряжения. Узел запуска ИБП от модифицированной синусоиды срабатывает нечетко и весь ИБП может не выйти из режима запуска в рабочий. Пользователь это видит сначала как безобразные глюки, а потом из девайса идет дым, как в анекдоте. Поэтому приборы в ИБП нужно запитывать от инверторов типа Чистый Синус.

Делаем инвертор сами

Итак, пока ясно, что лучше всего делать инвертор на выход в 220 В 50 Гц, хотя и о выходе AC мы тоже еще вспомним. В первом случае для контроля частоты понадобится частотомер: нормы на колебания частоты сети электропитания – 48-53 Гц. Особенно чувствительны к ее отклонениям электромоторы переменного тока: при выходе частоты питающего напряжения до пределы допуска они греются и «уходят» от номинальных оборотов. Последнее очень опасно для холодильников и кондиционеров, могут неустранимо выйти из строя вследствие разгерметизации. Но покупать, арендовать или выпрашивать на время точный и многофункциональный электронный частотомер нет нужны – нам его точность ни к чему. Вполне подойдет или электромеханический резонансный частотомер (поз. 1 на рис.), или стрелочный любой системы, поз. 2:

Стоят тот и другой недорого, продаются в интернете, а в больших городах в электротехнических спецмагазинах. Старый резонансный частотомер можно найти на на железном базаре, а тот или другой после наладки инвертора очень даже подойдут для контроля частоты сети в доме – счетчик на подключение их к сети не реагирует.

50 Гц от компьютера

В большинстве случаев питание 220 В 50 Гц требуется потребителям не особо мощным, до 250-350 Вт. Тогда основой преобразователя 12/220 В 50 Гц может послужить ИБП от старого компьютера – если, конечно, такой валяется в хламе или кто-то продает по дешевке. Отдаваемая в нагрузку мощность будет прим. 0,7 от номинальной ИБП. Напр., если на его корпусе значится «250W», то приборы до 150-170 Вт можно подключать безбоязненно. Нужно больше – надо сначала проверить на нагрузке из ламп накаливания. Выдержал 2 часа – такую мощность способен отдавать и долговременно. Как сделать инвертор 12V DC/220V AC 50Hz из компьютерного блока питания, см. видео ниже.

Видео: простой преобразователь 12-220 из компьютерного БП

Ключи

Допустим, компьютерного ИБП нет или нужна мощность побольше. Тогда важное значение приобретает выбор ключевых элементов: они должны коммутировать большие токи с наименьшими потерями на переключение, быть надежными и доступными по цене. В этом отношении биполярные транзисторы и тиристоры в данной сфере применения уверенно уходят в прошлое.

Вторая революция в инверторном деле связана с появлением мощных полевых транзисторов («полевиков») т. наз. вертикальной структуры. Впрочем, они перевернули всю технику электропитания маломощных устройств: найти в «бытовухе» трансформатор на железе становится все труднее.

Лучшие из мощных полевиков для преобразователей напряжения – с изолированным затвором и индуцированным каналом (MOSFET), напр. IFR3205, слева на рис.:

Благодаря ничтожной мощности переключения КПД инвертора с выходом DC на таких транзисторах может достигать 0,95, а с выходом AC 50 Гц 0,85-0,87. Аналоги MOSFET со встроенным каналом, напр. IFRZ44, дают КПД пониже, но стоят гораздо дешевле. Пара тех или других позволяет довести мощность в нагрузке до прим. 600 Вт; те и другие без проблем запараллеливаются (справа на рис.), что позволяет строить инверторы на мощность до 3 кВт.

Примечание: мощность потерь переключения ключей со встроенным каналом при работе на существенно реактивную нагрузку (напр., асинхронный электродвигатель) может достигать 1,5 Вт на ключ. Ключи с индуцированным каналом от этого недостатка свободны.

TL494

Третий элемент, который позволил довести преобразователи напряжения до теперешнего состояния – специализированная микросхема TL494 и ее аналоги. Все они представляют собой контроллер широтно-импульсной модуляции (ШИМ), формирующий на выходах сигнал модифицированной синусоиды. Выходы разнополярные, что позволяет управлять парами ключей. Опорная частота преобразования задается одной RC цепью, параметры которой можно менять в широких пределах.

Когда хватит постоянки

Круг потребителей тока 220 В DC ограничен, но как раз у них потребность в автономном электропитании возникает не только в аварийных ситуациях. Напр., при работе электроинструментом на выезде либо в дальнем углу своего же участка. Или присутствует всегда, скажем, у дежурного освещения входа в дом, прихожей, коридора, придомовой территории от солнечной батареи, днем подзаряжающей АКБ. Третий типичный случай – зарядка телефона на ходу от прикуривателя. Здесь мощность на выходе нужна совсем маленькая, так что инвертор может быть выполнен всего на 1 транзисторе по схеме релаксационного генератора, см. след. ролик.

Видео: повышающий преобразователь на одном транзисторе

Уже для питания 2-3 светодиодных лампочек нужна мощность побольше. КПД блокинг-генераторов при попытке «выжать» ее резко падает, и приходится переходить на схемы с отдельными времязадающими элементами или полной внутренней индуктивной обратной связью, они наиболее экономичны и содержат наименьшее количество компонент. В первом случае для коммутации одного ключа используется ЭДС самоиндукции одной из обмоток трансформатора совместно с времязадающей цепью. Во втором частотозадающим элементом является сам повышающий трансформатор за счет его собственной постоянной времени; ее величина определяется преимущественно явлением самоиндукции. Поэтому те и другие инверторы иногда называют преобразователями на самоиндукции. Их КПД, как правило, не выше 0,6-0,65, но, во-первых, схема проста и наладки не требует. Во-вторых, напряжение на выходе скорее трапецеидальное, чем меандр; «требовательные» потребители «понимают» его как модифицированную синусоиду. Недостаток – полевые ключи в таких преобразователях практически неприменимы, т.к. часто выходят из строя от бросков напряжения на первичной обмотке при коммутации.

Пример схемы с внешними времязадающими элементами дан на поз. 1 рис.:

Автору конструкции не удалось выжать из нее более 11 Вт, но судя по всему, он перепутал феррит с карбонильным железом. Во всяком случае, броневой (чашечный) магнитопровод на его же фото (см. рис. справа) никак не ферритовый. Больше он похож на старый карбонильный, окислившийся снаружи от времени, см. рис. справа. Трансформатор для этого инвертора лучше намотать на ферритовом кольце с площадью сечения по ферриту 0,7-1,2 кв. см. Первичная обмотка тогда должна содержать 7 витков провода диаметром по меди 0,6-0,8 мм, а вторичная 57-58 витков провода 0,3-0,32 мм. Это под выпрямление с удвоением, см. далее. Под «чистые» 220 В – 230-235 витков провода 0,2-0,25. В таком случае этот инвертор при замене КТ814 на КТ818 отдаст мощность до 25-30 Вт, чего достаточно для 3-4 светодиодных ламп. При замене КТ814 на КТ626 мощность в нагрузке будет ок. 15 Вт, но КПД повысится. В обоих случаях радиатор ключа – от 50 кв. см.

На поз. 2 дана схема «допотопного» преобразователя 12-220 с отдельными обмотками обратной связи. Не такая уж она архаичная. Во-первых, выходное напряжение под нагрузкой – трапеция с округленными переломами без выбросов. Это даже лучше, чем модифицированная синусоида. Во-вторых, этот преобразователь может быть без каких-либо переделок в схеме выполнен на мощность до 300-350 Вт и частоту 50 Гц, тогда выпрямитель не нужен, надо только поставить VT1 и VT2 на радиаторы от 250 кв. см. каждый. В-третьих, он бережет АКБ: при перегрузке частота преобразования падает, отдаваемая мощность уменьшается, а если нагрузить еще больше, генерация срывается. Т.е., чтобы избежать переразряда батареи, не требуется никакой автоматики.

Порядок расчета данного инвертора дан в скане на рис.:

Ключевые величины в нем – частота преобразования и рабочая индукция в магнитопроводе. Частоту преобразования выбирают исходя из материала наличного сердечника и требуемой мощности:

Такая «всеядность» феррита объясняется тем, что петля его гистерезиса прямоугольная и рабочая индукция равна индукции насыщения. Уменьшение по сравнению с типовыми расчетных значений индукции в стальных магнитопроводах вызвано резким ростом потерь на коммутацию несинусоидальных токов при ее возрастании. Поэтому с сердечника силового трансформатора старого телевизора-«гроба» на 270 Вт в этом преобразователе на 50 Гц удастся снять не более 100-120 Вт. Но – на безрыбье и рак рыба.

Примечание: если в наличии есть стальной магнитопровод заведомо завышенного сечения, не выжимайте из него мощность! Пусть лучше индукция будет меньше – КПД преобразователя возрастет, а форма выходного напряжения улучшится.

Выпрямление

Выпрямлять выходное напряжение этих инверторов лучше по схеме с параллельным удвоением напряжения (поз. 3 на рис. со схемами): компоненты для нее обойдутся дешевле, а потери мощности на несинусоидальном токе будут меньше, чем в мостовой. Конденсаторы нужно брать «силовые», рассчитанные на большую реактивную мощность (с обозначениями PE или W). Если поставить «звуковые» без этих букв, они могут просто взорваться.

50 гц? Это очень просто!

Простой инвертор на 50 Гц (поз. 4 рис. выше со схемами) интересная конструкция. У некоторых видов типовых трансформаторов питания собственная постоянная времени близка к 10 мс, т.е. половине периода 50 Гц. Подкорректировав ее времязадающими резисторами, которые будут одновременно и ограничителями тока управления ключей, можно получить на выходе сразу сглаженный меандр 50 Гц без сложных схем формирования. Подойдут трансформаторы ТП, ТПП, ТН на 50-120 Вт, но не всякие. Возможно, придется изменить номиналы резисторов и/или включить параллельно им конденсаторы на 1-22 нФ. Если частота преобразования все равно далеко от 50 Гц, разбирать и перематывать трансформатор бесполезно: склеенный ферромагнитным клеем магнитопровод распушится, и параметры трансформатора резко ухудшатся.

Этот инвертор – дачный преобразователь выходного дня. Аккумулятор машины он не посадит по тем же причинам, что и предыдущий. Но его хватит на освещение домика с верандой светодиодными лампами и телевизор или вибрационный насос в скважине. Частота преобразования налаженного инвертора при изменениях тока нагрузки от 0 до максимального не выходит за пределы технормы для сетей электропитания.

Разводят обмотки исходного трансформатора так. В типовых трансформаторах питания по четному числу вторичных обмоток на 12 или 6 В. Две из них «откладываются», а остальные распаиваются параллельно в группы из равного числа обмоток в каждой. Далее группы соединяются последовательно так, чтобы получились 2 полуобмотки на 12 В каждая, это будет низковольная (первичная) обмотка со средней точкой. Из оставшихся низковольных обмоток одна соединяется последовательно с сетевой на 220 В, это будет повышающая обмотка. Добавка к ней нужна, т.к. падение напряжения на ключах из биполярных составных транзисторах совместно с его потерями в трансформаторе может достигать 2,5-3 В, и выходное напряжение окажется заниженным. Дополнительная обмотка доведет его до нормы.

DC от микросхемы

КПД описанных преобразователей не превышает 0,8, а частота в зависимости от тока нагрузки заметно плавает. Предельная мощность нагрузки менее 400 Вт, так что пришла пора вспомнить о современных схемных решениях.

Схема простого преобразователя 12 В DC/ 220 В DC на 500-600 Вт дана на рис.:

Основное его назначение – питание ручного электроинструмента. К качеству подводимого напряжения такая нагрузка не требовательна, поэтому ключи взяты подешевле; подойдут также IFRZ46, 48. Трансформатор мотается на феррите сечением 2-2,5 кв. см; подойдет сердечник силового трансформатора от компьютерного ИБП. Первичная обмотка – 2х5 витков жгута из 5-6 обмоточных проводов диаметром по меди 0,7-0,8 мм (см. ниже); вторичная – 80 витков такого же провода. Налаживание не требуется, но контроля разряда батареи нет, так что в процессе работы нужно прицепить к ее клеммам мультиметр и не забывать на него поглядывать (то же касается и всех прочих самодельных инверторов напряжения). Если напряжение упало до 10,8 В (1,8 В на банку) – стоп, выключаемся! Упало до1,75 В на банку (10,5 В вся батарея) – это уже пошла сульфатация!

Как мотать трансформатор на кольце

На качественные характеристики инвертора, в частности, на его КПД, довольно сильно влияет поле рассеяния его трансформатора. Принципиальное решение для его уменьшения давно известно: первичную обмотку, «накачивающую» магнитопровод энергией, размещают вплотную к нему; вторичные над ней по убыванию их мощности. Но техника такое дело, что теоретические принципы в конкретных конструкциях иной раз приходится выворачивать наизнанку. Один из законов Мэрфи гласит прим. так: если железка ну вот все равно не хочет работать как надо, попробуй сделать в ней все наоборот. В полной мере это относится к трансформатору повышенной частоты на ферритовом кольцевом магнитопроводе с обмотками из относительно толстого жесткого провода. Мотают трансформатор преобразователя напряжения на ферритовом кольце так:

• Изолируют магнитопровод и с помощью намоточного челнока наматывают на него вторичную повышающую обмотку, укладывая витки как можно плотнее, поз. 1 на рис.:

• Плотно обтягивают «вторичку» скотчем, поз 2.
• Готовят 2 одинаковых жгута проводов для первичной обмотки: наматывают количество витков половины низковольтной обмотки тонким негодным проводом, снимают его, замеряют длину, отрезают нужное количество отрезков обмоточного провода с запасом и собирают их в жгуты.
• Дополнительно изолируют вторичную обмотку до получения относительно ровной поверхности.
• Мотают «первичку» 2-мя жгутами сразу, располагая провода жгутов лентой и равномерно распределяя витки по сердечнику, поз. 3.
• Вызванивают концы жгутов и соединяют начало одного с концом другого, это будет средняя точка обмотки.

Примечание: на электрических принципиальных схемах начала обмоток, если это имеет значение, обозначаются точкой.

50 Гц сглаженные

Модифицированная синусоида от ШИМ-контроллера не единственный способ получить на выходе инвертора 50 Гц, пригодные для подключения любых бытовых потребителей электричества, да и ту не мешало бы еще «пригладить». Простейший из них – старый добрый трансформатор на железе, он хорошо «гладит» за счет своей электрической инерции. Правда, найти магнитопровод на более чем 500 Вт становится все труднее. Включается такой разделительный трансформатор на низковольный выход инвертора, а к его повышающей обмотке подключается нагрузка. По этой схеме, кстати, построено большинство компьютерных ИБП, так что они для такой цели вполне подходят. Если же мотать трансформатор самому, то рассчитывается он аналогично силовому, но со след. особенностями:

• Первоначально определенная величина рабочей индукции делится на 1,1 и применяется во всех дальнейших расчетах. Так нужно, чтобы учесть т. наз. коэффициент формы несинусоидального напряжения Кф; у синусоиды Кф=1.
• Повышающая обмотка рассчитывается сначала как сетевая на 220 В для заданной мощности (или определенной по параметрам магнитопровода и величине рабочей индукции). Затем найденное количество ее витков умножается на 1,08 для мощности до 150 Вт, на 1,05 для мощностей 150-400 Вт и на 1,02 для мощностей 400-1300 Вт.
• Половина низковольтной обмотки рассчитывается как вторичная на напряжение 14,5 В под ключи биполярные или со встроенным каналом и на 13,2 В для ключей с индуцированным каналом.

Примеры схемных решений преобразователей 12-200 В 50 Гц с разделительным трансформатором даны на рис.:

На той, что слева, ключами управляет задающий генератор на т. наз. «мягком» мультивибраторе, он уже генерирует меандр в заваленными фронтами и сглаженными переломами, так что дополнительных мер сглаживания не требуется. Нестабильность частоты мягкого мультивибратора выше, чем обычного, поэтому для ее подстройки нужен потенциометр P. С ключами на КТ827 можно снять мощность до 200 Вт (радиаторы – от 200 кв. см без обдува). Ключи на КП904 из старого хлама или IRFZ44 позволяют увеличить ее до 350 Вт; одинарные на IRF3205 до 600 Вт, а спаренные на них же до 1000 Вт.

Инвертор 12-220 В 50 Гц с задающим генератором на TL494 (справа на рис.) частоту держит железно во всех мыслимых немыслимых условиях эксплуатации. Для более эффективного сглаживания псевдосинусоиды используется явление т. наз. безразличного резонанса, при котором фазовые соотношения токов и напряжений в колебательном контуре становятся такими же, как при остром резонансе, но их амплитуды заметно не увеличиваются. Технически это решается просто: к повышающей обмотке подключают сглаживающий конденсатор, значение емкости которого подбирают по наилучшей форме тока (не напряжения!) под нагрузкой. Для контроля формы тока в цепь нагрузки на мощность 0,03-0,1 от номинальной включают резистор на 0,1-0,5 Ом, к которому и подключают осциллограф с закрытым входом. Сглаживающая емкость не уменьшает КПД инвертора, но пользоваться для настройки компьютерными программами симуляции НЧ осциллографа нельзя, т.к. вход звуковой карты, которая в них используется, не рассчитан на амплитуду в 220х1,4 = 310 В! Ключи и мощности такие же, как в пред. случае.

Более совершенная схема преобразователя 12-200 В 50 Гц дана на рис.:

В ней используются сложные составные ключи. Для улучшения качества выходного напряжения в ней используется тот факт, что эмиттер планарно-эпитаксиальных биполярных транзисторов легирован много сильнее базы и коллектора. Когда TL494 подаст закрывающий потенциал, напр., на базу VT3, ток его коллектора прекратится, но за счет рассасывания объемного заряда эмиттера он замедлит запирание T1 и выбросы напряжения от ЭДС самоиндукции Tr поглотятся цепями L1 и R11C5; они же больше «наклонят» фронты. Выходная мощность инвертора определяется габаритной мощностью Tr, но не более 600 Вт, т.к. использовать в данной схеме парные мощные ключи нельзя – разброс величины заряда затвора MOSFET транзисторов довольно значительный и переключение ключей будет нечетким, отчего форма выходного напряжения может даже ухудшиться.

Дроссель L1 это 5-6 витков провода диаметром от 2,4 мм по меди, намотанных на отрезок ферритового стержня диаметром 8-10 м и длиной 30-40 мм с шагом 3,5-4 мм. Магнитопровод дросселя не должен быть замкнут! Налаживание схемы дело довольно кропотливое и требующее немалого опыта: нужно подобрать L1, R11 и C5 по наилучшей форме выходного тока под нагрузкой, как в пред. случае. Зато и Hi-Fi, запитанное от этого преобразователя, остается «хайфаем» на самый взыскательный слух.

А нельзя ли без трансформатора?

Уже обмоточный провод для мощного трансформатора на 50 Гц влетит в копеечку. Более-менее доступны магнитопроводы от «гробовых» трансформаторов до 270 Вт габаритных, но в инверторе из такого более 120-150 Вт не выжмешь, а КПД будет в лучшем случае 0,7, т.к. «гробовые» магнитопроводы навиты из толстой ленты, потери на вихревые токи в которой при несинусоилальном напряжении на обмотках большие. Найти магнитопровод ШЛ из тонкой ленты, способный отдать более 350 Вт при индукции 0,7 Тл вообще проблематично, обойдется он дорого, а весь преобразователь получится огромным и неподъемным. Трансформаторы ИБП не рассчитаны на частую работу в длительном режиме – они греются и магнитопроводы их в инверторах довольно скоро деградируют – магнитные свойства сильно ухудшаются, мощность преобразователя падает. Есть ли выход?

Да, и такое решение нередко применяется в фирменных преобразователях. Это – электрический мост из ключей на высоковольтных силовых полевых транзисторах с напряжением пробоя от 400 В и током стока более 5 А. Подойдут из первичных цепей компьютерных ИБП, а из старого хлама – КП904 и т.п.

Мост запитывается постоянкой 220 В DC от несложного инвертора 12-220 с выпрямлением. Плечи моста открываются парами наперекрест поочередно, и ток в нагрузке, включенной в диагональ моста, меняет направление; цепи управления всех ключей гальванически разделены. В промышленных конструкциях ключи управляются от спец. ИМС с развязкой оптопарами, но в любительских условиях то и другое можно заменить дополнительным маломощным инвертором 12 В DC – 12 В 50 Гц, работающим на маленький трансформатор на железе, см. рис. Магнитопровод для него можно взять от китайского базарного маломощного трансформатора питания. За счет его электрической инерции качество выходного напряжения получается даже лучше, чем модифицированная синусоида.

Преобразователь 12/220 необходим, например, при поездках на дачу. Особенно это актуально для случаев, когда нет электропроводки. Приходится использовать инвертор, который преобразует постоянное напряжение 12 вольт в переменное 220. Конечно, емкости аккумулятора вряд ли хватит надолго. Но если имеется устройство, которое позволяет восполнять заряд аккумулятора, ресурс увеличится в несколько раз. Очень часто инверторы используются с ветрогенераторами, а также в паре с солнечными батареями.

Купить или самому сделать?

Конечно, приобрести готовый инвертор - это не проблема. В любом магазине электротоваров выбор их просто огромен. И они отличаются по мощности, стоимости, вариантам исполнения. Но вот цена инвертора мощностью около 0,5 кВт составит не менее трех тысяч рублей - а это внушительная сумма. Причем подключить к нему много оборудования вряд ли получится.

Поэтому некоторые владельцы автомобилей, у которых появляется свободный аккумулятор, задумываются над тем, как самостоятельно изготовить преобразователь напряжения. В статье будут рассмотрены различные конструкции преобразователей, которые получили широкое распространение у электротехников.

Простейший преобразователь импульсного типа

Вся элементная база берется от старого компьютерного блока питания. Сложностей при повторении конструкции возникнуть не должно. Единственный недостаток этого устройства заключается в том, что с трансформатора снимается переменное напряжение 220 В, но с частотой намного больше, чем в сети переменного тока (50 Гц). Да и форма далеко не синусоидальная, скорее ступенчатая. По этим причинам нельзя к инвертору производить подключение электродвигателей или чувствительной электроники. Но можно сделать несколько усовершенствований, которые позволят производить подключение техники с импульсными блоками питания. Для этого к выходу трансформатора нужно подключить выпрямитель и сглаживающие конденсаторы.

Только в этом случае можно без опаски запитать ноутбук или персональный компьютер, телевизор или иную технику. Но работать блок питания ноутбука, например, будет только в том случае, если выходное напряжение будет совпадать с тем, которое протекает в адаптере. Поэтому нужно сразу наметить положение вилки относительно розетки, в котором сможет работать инвертор.

Описание схемы простейшего импульсного преобразователя

Если вам нужно произвести подключение лампы накаливания, паяльника, то можно делать это непосредственно к вторичной обмотке трансформатора. Схема построена на ШИМ-контроллере типа TL494, он распространен в приборах такого типа. При помощи конденсатора С2 и резистора R1 задается частота, на которой работает преобразователь. Обратите внимание на то, что номиналы могут незначительно отличаться от тех, которые приведены на схеме. Обратите внимание, что инвертор позволяет повысить напряжение с 12 до 220. Преобразователем тока он тоже является - из постоянного делает переменный (почти идеальную синусоиду).

Чтобы повысить эффективность работы конструкции, в схему включены два плеча, собранных на транзисторах полевого типа, они обозначены Q1 и Q2. Они обязательно должны устанавливаться на отдельных радиаторах из алюминия. В том случае, если применяется один общий радиатор, необходимо устанавливать транзисторы с изоляционными прокладками. На схеме указаны транзисторы типа IRFZ44, но их можно заменить на IRFZ46 или даже IRFZ48, так как у них у всех параметры довольно близкие по значению.

Трансформатор и диоды

Трансформатор, установленный на выходе, необходимо наматывать на ферритовом кольце. Это кольцо можно снять все в том же блоке питания от персонального компьютера. Для первичной обмотки применяется провод в лаковой изоляции сечением 0,6 мм. Наматывается 10 витков, и от середины делается отвод. Сверху нужно намотать вторичную обмотку, она должна содержать 80 витков. Вместо него можно использовать готовый трансформатор, который устанавливается в серийных источниках бесперебойного питания.

Высокочастотные диоды, используемые в конструкции, можно заменить аналогичными с маркировкой FR107 или FR207. При правильно проведенном монтаже схема заработает сразу же после включения, никакой настройки не потребуется. Выходной ток может составить не более 2,5 А, но лучше, чтобы конструкция работала при токе не больше 1,5 А (подключение нагрузки мощностью примерно 300 Вт). Можно сказать, что вы собрали из металлолома устройство, китайский аналог которого стоит порядка 3-4 тыс. руб.

Преобразователь с выходом переменного тока

Это один из простых преобразователей 12/220 В, схема которого рекомендуется к повторению начинающим радиолюбителям. Эта конструкция собирается полностью на отечественной элементной базе, которая является относительно устаревшей. Но все равно эффективность у нее достаточно высокая - на выходе получается напряжение с практически идеальным синусом, а частота четко 50 Гц. Поэтому такая схема сгодится для питания любой бытовой аппаратуры, а не только паяльника и ламп.

Генератор собирается на микросхеме марки К561ТМ2 - это D-триггер сдвоенного типа. Существует зарубежный аналог с маркировкой CD4013 - эти микросхемы взаимозаменяемы, и переделка схемы не требуется.

На биполярных транзисторах собраны два плеча. В схеме используются транзисторы КТ827А, которые имеют существенный недостаток в сравнении с более современными полевиками. У них очень высокое сопротивление, когда происходит открытие перехода. Именно поэтому они сильнее нагреваются при работе.

Особенности конструкции и работы преобразователя

Из-за того, что работа преобразователя происходит на низких частотах, у трансформатора должен быть сердечник из стали. Рекомендуется применять силовой трансформатор, который использовался в отечественных цветных телевизорах (на лампах). Это ТС-180 и аналогичные. Как и большинство других инверторов, построенных на простых ШИМ-модуляторах, эта конструкция способна выработать синусоиду, но не очень качественную - на графиках работы можно видеть заметные ступени.

Чтобы сгладить эти пульсации, устанавливается конденсатор, на схеме он обозначен С7. Высокая индуктивность обмоток трансформатора тоже позволяет существенно сгладить пульсации, но неизбежно появится гудение. Стоит отметить, что гул от трансформатора - это норма, а не признак поломки.

Схема простого инвертора на полевых транзисторах

Работает инвертор, построенный по такой схеме, по тем же принципам, что и два предыдущих. Мультивибратор, собранный по классической схеме на полевых транзисторах, обеспечивает высокую эффективность.

Преимущество этой схемы перед остальными заключается в том, что она работоспособна даже при сильном разряде аккумуляторной батареи. Входное напряжение может колебаться в большом диапазоне - от 3,5 до 18 В. Но есть и недостаток - нет стабилизации выходного напряжения. Поэтому при разрядке аккумуляторной батареи на выходе напряжение тоже будет уменьшаться. В конструкции используется трансформатор низкочастотного типа, как и в инверторе на микросхеме К561ТМ2.

Как увеличить мощность устройства

Но иногда мощности не хватает, нужно увеличить ее в два и более раз. Какие изменения при этом нужно внести в схему? Напомним, что все конструкции, рассмотренные в статье, работают по одинаковым принципам: через электронный ключ на транзисторе происходит соединение первичной обмотки трансформатора с входом, на который подается питание. Причем коммутируется эта цепочка на время, которое задается скважностью и частотой генератора (мультивибратора). Изготовить по нижеприведенной схеме можно преобразователь напряжения 12/220 своими руками.

Происходит генерация импульсов магнитного поля. Они во вторичной обмотке возбуждают импульсы синфазного типа. При этом напряжение на выходе равно произведению коэффициента трансформации и напряжению на первичной обмотке.

Отсюда можно сделать вывод, что ток, который протекает через транзистор, установленный на выходе, равен произведению аналогичной характеристики нагрузки и коэффициента трансформации. Мощность преобразователя с 12 на 220 вольт определяет максимальный ток, который может пропустить выходной транзистор. И вот теперь, зная всю теорию, можно приступить к увеличению мощности прибора на практике. Можно применить два способа:

1. Произвести замену на более мощные транзисторы.
2. Включить в одном из плеч параллельно установленным аналогичные транзисторы.

Второй способ на практике реализовать намного проще, так как мощные транзисторы (тем более полевые) стоят очень дорого. И окажется дешевле купить готовый инвертор. Схема преобразователя 12/220 простая, ее можно модернизировать. Кроме того, сразу же появится несколько плюсов. Например, при выходе из строя одного транзистора вся схема останется работоспособной. Надежность конструкции повысится, особенно это актуально для простых самоделок, у которых отсутствует встроенная защита от перегрузки. Также существенно снизится максимальная температура нагрева транзисторов.

Отключение при падении напряжения

Если вы используете в конструкции аккумуляторную батарею, которая параллельно работает в автомобиле, то рекомендуется позаботиться о том, чтобы автоматически отключался при низком заряде преобразователь с 12 на 220. Своими руками собрать простую схему отключения несложно. Если разрядится аккумулятор полностью, то вы не сможете завести двигатель даже с буксира. Поэтому внедрите в схему простой элемент - электромагнитное реле. Такие используются в автомобилях, поэтому найти его не составит труда.

У реле есть нижнее пороговое значение напряжения, при котором происходит замыкание контактов. Чтобы настроить более точно момент, необходимо подбирать сопротивление резистора R1. Оно должно быть равно сопротивлению обмотки реле, помноженному на коэффициент 0,1. Внедрить такую доработку можно без особого труда в преобразователь с 12 на 220. Своими руками подключить реле и резистор сможет даже начинающий электрик.

Но такая схема примитивна, и эффективность у нее крайне низкая, лучше воспользоваться модернизированной, она поддерживает точнее порог отключения батареи от инвертора.

Поиск поломок и их устранение

Самые распространенные поломки - это низкое напряжение на выходе или его отсутствие. Может такая неисправность в преобразователях напряжения 12/220 В возникнуть по следующим причинам:

1. Поломка ШИМ-модулятора или полный отказ обоих плеч инвертора. Вторая поломка встречается крайне редко. Чтобы осуществить проверку, можно воспользоваться простейшим пробником на светодиоде. В том случае, если ШИМ-модулятор исправен, светодиод будет часто вспыхивать. Желательно проверить целостность всех соединений и обмотки трансформатора.
2. Слишком низкое напряжение на выходе - это признак того, что вышло из строя одно плечо. Признак поломки транзистора - это низкая температура радиатора, на котором он установлен.

Все неисправности, которые возникают в схемах, приведенных в статье, устраняются достаточно быстро. И стоимость ремонта таких преобразователей напряжения 12/220 В низкая - все запчасти можно найти буквально на свалке.